Наука

Предложен принципиально новый способ определения точного положения и скоростей галактик

Владимир Лукаш и Сергей Пилипенко из Астрокосмического центра Физического института им. П. Н. Лебедева (АКЦ ФИАН) предложили новый способ исследований крупномасштабной структуры Вселенной.

Согласно общепринятым воззрениям, Вселенная расширяется, и все её материальные объекты разлетаются в разные стороны. Например, сейчас две галактики на расстоянии в миллион парсек друг от друга разлетаются со скоростью ~70 км/с. Однако если бы вся Вселенная подчинялась этой закономерности, то галактики не смогли бы сформироваться. Поскольку они, видимо, есть, можно сделать вывод, что масса во Вселенной по меньшей мере на малых масштабах распределена неравномерно. На скорость движения галактик влияет не только закон Хаббла, но и отклонения от него, связанные с наличием у Вселенной крупномасштабной структуры.

Поясним: помимо космологических скоростей (постоянной Хаббла), обусловленных расширением Вселенной, галактики ещё обладают и собственными (пекулярными) скоростями, которые могут достигать 1 000 км/с. На этом фоне постоянную Хаббла (70-80 км/с) бывает очень трудно вычленить. Следовательно, закон Хаббла плохо выполняется (вовсе не выполняется) для объектов, находящихся на расстоянии ближе 10-15 млн световых лет, то есть как раз для тех галактик, дистанции до которых надёжнее всего определяются без красного смещения.

Предложен принципиально новый способ определения точного положения и скоростей галактик



Вот так мы представляем крупномасштабную структуру Вселенной. Одно плохо: картина выглядит такой только потому, что такова принимаемая нами модель Вселенной. (Илл. IPAC, Caltech / Thomas Jarrett.)

Но это полбеды: закон Хаббла плохо выполняется и для галактик на очень больших расстояниях, удалённых на миллиарды световых лет, там, где красное смещение (z) превышает 1. В связи с этим расстояния до объектов с таким большим z теряют однозначность, поскольку зависят от принимаемой модели Вселенной и того, к какому моменту времени они отнесены. Поэтому в качестве меры расстояния в этом случае обычно используется только красное смещение.

Однако этот метод позволяет узнать лишь общую радиальную скорость. Но как разделить её на хаббловскую и собственную скорость той или иной галактики? «До сих пор точных методов размежевания космологии и структуры не было, — говорит Владимир Лукаш. — Космология — это хаббловский поток, структура — это нарушение хаббловского потока. В принципе, это точная математическая задача, требующая своего решения. Но раньше не было технологий, которые позволяли бы получить необходимые параметры. Сейчас, с развитием миллиметровых и субмиллиметровых радиоинтерферометров, мы можем перейти от теории к практике».

Для того чтобы вычислить собственные (пекулярные) скорости галактик, исследователи предложили измерять движения галактик на небесной сфере относительно дальних неподвижных объектов. При этом хаббловская компонента скорости в силу своей радиальности никакого вклада в эти сдвиги не вносит.

Такие наблюдения стали возможны благодаря появлению космических интерферометров. Интерферометр способен зафиксировать невидимые одиночными телескопам смещения одних космических объектов относительно других. Ключевой частью именно такого интерферометра является проект «Радиоастрон», координируемый АКЦ ФИАН. Следующий проект в этой линии — «Миллиметрон», предназначенный для работы поблизости от точки Лагранжа в новом диапазоне (L2; запуск намечается на 2018 год). Он-то и займётся реализацией предложенного учёными метода вычисления собственных скоростей далёких галактик. В перспективе намечается и создание космической обсерватории субмиллиметрового диапазона волн. Благодаря такой обсерватории, взаимодействующей с сетью наземных радиотелескопов, одновременно будет изучаться выбранный объект с использованием базы во много раз больше земных размеров.

Конечно, чтобы такие наблюдения были точными, их необходимо повторять через несколько лет, а затем сравнивать смещение объектов за это время. Полученные данные позволят вычислить собственную скорость галактик относительно фона (пекулярную компоненту) и в результате восстановить трёхмерную модель скорости наблюдаемого объекта.

Предложен принципиально новый способ определения точного положения и скоростей галактик



«Миллиметрон» должен прояснить картину, используя новые методы. Внизу слева — реальная карта распределения скоростей галактик, справа — с учётом собственного движения. (Илл. АКЦ ФИАН.)

«Изучая численные модели Вселенной, — рассказывает Сергей Пилипенко, — мы выяснили, что пекулярные скорости движения галактик неслучайны и подчиняются такой закономерности, что могут быть описаны потенциальным полем скоростей. Это значит, что если мы измерим для большого количества галактик их скорости, ну, скажем, в одном или двух направлениях, то после этого сможем восстановить трехмерные скорости... Вот так мы предложили сделать это не в численных моделях, а по-настоящему, на практике».

Такие пекулярные скорости несут важнейшую информацию о начальных космологических возмущениях, флуктуациях в плотности и распределении массы во Вселенной. Разделение хаббловской и пекулярных скоростей откроет огромные перспективы в понимания крупномасштабной структуры Вселенной, о деталях которой мы пока только догадываемся, причём догадки эти очень спорные.

Кроме того, имея точные данные о расстояниях и траекториях различных объектов во Вселенной, мы сможем лучше понять прошлое и будущее не только сверхдалёких, но и нашей и соседних галактик.

Подготовлено по материалам ФИАН-информ. Источник
© 2012 FUN-SPACE.ru. Все права защищены.
Создание сайтов Санкт-Петербург Яндекс.Метрика